A la découverte des eaux souterraines

L’eau souterraine est la première ressource minérale prélevée par l’homme, la seule aussi qui se renouvelle grâce à l’éternel cycle de l’eau. Ce patrimoine vivant est particulièrement sensible en Poitou-Charentes et demande à être protégé.

Sommaire de l’article :

Un cycle perpétuel

A partir des océans, lacs, rivières, glaciers, plantes, l’eau est évapo-transpirée et séjourne en moyenne une dizaine de jours dans l’atmosphère. La condensation dans l’atmosphère conduit à des précipitations sur le continent qui se répartissent de la façon suivante : soit l’eau retourne rapidement dans l’atmosphère par évapotranspiration* par les plantes notamment, soit l’eau séjourne pendant quelques jours (jusqu’à 1 an) dans le sol et peut être à nouveau évapo-transpirée, soit elle s’écoule jusqu’aux rivières en quelques semaines par ruissellement* superficiel, soit elle s’infiltre* dans le sous-sol pour rejoindre des nappes superficielles (jusqu’à 100 à 200 m de profondeur) en relation avec les cours d’eau (cycle annuel) ou pour rejoindre des nappes profondes où l’eau demeure de quelques années à quelques dizaines de millénaires. Enfin, les eaux retournent aux océans où elles séjournent en moyenne 4000 ans.

Le cycle de l'eau"
Le cycle de l’eau

Cette animation sur le cycle de l’eau est aussi consultable sur la borne multimédia qui accompagne l’exposition « Milieux aquatiques » de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne.
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Un bilan du cycle de l’eau en Charente-Maritime

Pour le département de la Charente-Maritime, un bilan global du cycle de l’eau a été réalisé. Malgré les incertitudes, il est représentatif des répartitions et proportions annuelles depuis la pluie qui tombe jusqu’à l’exploitation des eaux souterraines, et peut-être extrapolé aux autres départements de la région.
Basé sur une pluie moyenne de 800 mm, le volume qui tombe en année moyenne sur le département serait de l’ordre de 5.5 milliards de m3. Mais une grosse partie de cette pluie est rapidement reprise par l’atmosphère ou intégrée dans le cycle biologique. La fraction restante, ou pluie efficace*, va s’infiltrer dans le sous-sol ou ruisseler dans les cours d’eau. Les différentes proportions sont difficiles à estimer, mais il est vraisemblable que globalement, dans le contexte calcaire du département et au regard de la densité du réseau hydrographique, la majorité de la pluie efficace rejoint les nappes.
Ces circulations souterraines viennent rejoindre les rivières, s’ajoutant à la fraction qui ruisselle directement mais avec un décalage dans le temps. Une partie des eaux souterraines est aussi captée pour les besoins anthropiques.
Ainsi les prélèvements en nappes souterraines* (source des chiffres : Agence de l’Eau Adour-Garonne, année 2001) représentent environ 10 % de la quantité d’eau qui transite annuellement par ces nappes. Mais ces chiffres masquent la réalité des problématiques car en règle générale les aquifères ne reçoivent pas d’eau de mai à septembre et pendant la même période constituent l’essentiel des débits des cours d’eau. Les prélèvements sont par ailleurs concentrés sur ces 5 mois, surtout en ce qui concerne l’irrigation.
Il en découle donc un impact significatif des prélèvements sur le débit des cours d’eau l’été. A titre d’exemple un bilan peut être fait sur la Seugne à partir des données de la station de St-Seurin-de-Palenne. Si l’on considère le bilan annuel, il est passé à cette station : 298 Mm3 d’eau en 2001 (année humide), 104 en 2002, 148 en 2003, 168 en 2004 et 55 en 2005 (année sèche). En revanche le même bilan sur 5 mois, de mai à septembre, donne : 58 Mm3 en 2001, 30 en 2002, 22 en 2003, 40 en 2004 et 13 en 2005. En année très sèche, les volumes transitant par la Seudre sur ces 5 mois sont du même ordre de grandeur que les prélèvements sur ce bassin versant.
En résumé, le bilan global présente un net excédent de la ressource en eau mais la mauvaise répartition dans le temps de cette ressource et les besoins pour les différents usages conduisent à des conflits entre usagers l’été.

Un bilan du cycle de l'eau en Charente-Maritime"
Un bilan du cycle de l’eau en Charente-Maritime

De l’eau sous nos pieds

L’eau de pluie infiltrée dans le sous-sol, part plus ou moins importante de la pluie efficace*, circule dans les pores et les microfissures de certaines roches. On parle alors de roches « aquifères* », littéralement : de roches qui contiennent de l’eau.
Ces aquifères sont souvent composées de deux parties. La zone non saturée* comprend le sol et la partie supérieure de la roche aquifère. Dans cette zone, l’eau ne remplit pas l’intégralité des pores de la roche. Soumise à la fois aux forces de capillarité, qui tendent à faire remonter l’eau vers la terre végétale agissant comme un buvard, et à la pesanteur qui l’attire vers les profondeurs, l’eau de la zone non saturée est en mouvement constant. Une partie finit pourtant par descendre (percolation) et par humidifier des couches de plus en plus profondes, jusqu’à rencontrer une couche imperméable.
Au-dessus de ce niveau imperméable (le « mur » de la nappe) commence la zone saturée* où l’eau pénètre dans tous les interstices de la roche et dans tous les vides possibles. C’est cette deuxième zone qui renferme la nappe : l’eau s’écoule en sous-sol sur la couche imperméable, en suivant le plus souvent la topographie, parfois sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres. Une nappe est ainsi toujours en mouvement vertical et latéral. L’eau souterraine peut ressurgir à l’air libre, à la surface du sol, en formant une source à l’origine en général d’un cours d’eau, dans des secteurs topographiquement plus bas que leur zone d’alimentation.

Zone saturée et non-saturée"
Zone saturée et non-saturée
Les nappes ne sont pas des lacs souterrains mais l’eau occupe partiellement (zone non saturée) ou totalement (zone saturée) les vides de la roche.

Dans ce cas d’aquifère* avec une zone non saturée et une zone saturée, le toit de la nappe est à la pression atmosphérique et l’on parlera de nappe libre*. Le niveau de la nappe peut monter ou baisser en fonction des précipitations (fluctuations* saisonnières et annuelles). L’eau d’une nappe circulant dans le sous-sol, elle peut se trouver piégée et pressurisée sous une couche imperméable. On parle alors de nappes captives* qui sont en général profondes, quelques centaines de mètres et plus. L’eau s’y trouve la plupart du temps sous pression et lorsqu’elle est libérée par un forage, qui traverse la couche imperméable, elle peut jaillir en surface naturellement : une telle nappe est alors dite artésienne*. Il n’est pas rare, et c’est souvent le cas en Poitou-Charentes, de trouver dans le sous-sol un empilement de nappes captives séparées par des couches imperméables. En surface, la première nappe est en général libre. Peu profonde, cette dernière peut être captée par des puits (en grec phreas) d’où le nom de nappe phréatique*.

Photo d'une roche poreuse"
Photo d’une roche poreuse
Dans les roches sédimentaires « bioclastiques » la porosité correspond souvent aux vides laissés par la dissolution des coquilles.

La roche contient la nappe

Les roches aquifères* diffèrent selon la nature géologique des terrains mais trois grandes familles se dégagent :
• Les aquifères sédimentaires sont composés, comme le nom l’indique, de roches sédimentaires (calcaires, sables, grès, craie). Ces nappes sont caractéristiques des grands bassins français, comme le Bassin parisien ou le bassin aquitain. Elles peuvent être libres ou captives.
• Les aquifères alluviaux, formés de sables et de graviers, ont la particularité d’entretenir le plus souvent des relations avec les cours d’eau.
• Les aquifères de roches cristallines (granite, gneiss, etc…) et volcaniques (laves…) gardent l’eau dans les fissures et les zones altérées (arènes). Ils donnent naissance à de petites nappes et sont fréquents en Bretagne, dans le Massif Central, les Alpes et les Pyrénées.
Les nappes des bassins sédimentaires peuvent être libres* ou captives* ; les nappes des alluvions ou des formations de socle sont libres dans la plupart des cas.

Les différents types de nappe"
Les différents types de nappe

On caractérise aussi les aquifères en fonction de leur capacité à stocker [emmagasinement et à permettre le déplacement [perméabilité de l’eau dans le sous-sol. Ces 2 fonctions sont essentielles pour mesurer la productivité d’un aquifère, et elles ne sont pas obligatoirement liées.
Les sables non consolidés (dunes, plages) ou les alluvions graveleuses sont très poreux et peuvent contenir 100 à 200 litres d’eau par m3 de roche entre les grains. On parle de porosité* matricielle qui peut représenter plusieurs dizaines de pourcents du volume de la roche.
Dans la grande famille des calcaires, on retrouve aussi des roches très poreuses (craie, calcaire bioclastiques), où les pores occupent en général les vides laissés par la dissolution des coquilles. Par ailleurs, les roches calcaires, du fait de leur nature, ont tendance à se fissurer. Dans les fissures l’eau peut circuler rapidement, d’où une perméabilité élevée. Ces fissures peuvent s’agrandir par dissolution des carbonates jusqu’à donner des conduits souterrains plus ou moins grands, caractéristiques des aquifères karstiques*.
L’importance de la porosité* (capacité de stocker) et de la perméabilité* (capacité de mobiliser l’eau) détermine la typologie de l’aquifère. Dans un aquifère à forte porosité matricielle, la perméabilité est souvent moyenne à faible et la ressource facilement mobilisable en forage n’est pas forcément importante. Dans un aquifère fissuré et/ou karstique la perméabilité est en général élevée mais la capacité de stockage peut être faible, d’où un épuisement rapide du réservoir souterrain.

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